Distanzberechnung beim Edge

Eine interessante Frage ist, wie der der Edge eigentlich Entfernungen misst, denn hierfür gibt es zwei Möglichkeiten:

  1. Aus den GPS Längen- und Breiteninformationen allein, dies entspräche einer Projektion der Strecke auf die Ebene (2D Messung).
  2. Aus den GPS Koordinaten und der Höhe, die ja auch vom GPS geliefert wird. Dies würde theoretisch die exakte Länge der Strecke liefern (3D Messung).

Wie groß ist zunächst einmal der Unterschied zwischen den beiden Methoden? Gehen von folgendem für Radfahrer realistischen Szenario aus, einer Strecke von 10 km Länge (in der 2D Projektion) bei einer durchschnittlichen Steigung von 10%. Dann beträgt die wahre Länge der Strecke 10.05 km, was gerade mal einer Abweichung von 50m oder 5% entspricht. Nun ist aber die Genauigkeit sowohl der GPS- als auch der barometrischen Höhenmessung nicht hoch genug, um Höhendaten zu liefern, die präzise genug sind , diesen Fehler zu reduzieren.

Folglich benutzt der Edge zur Distanzmessung laut Garmin Product Support Methode 1. Hat man einen GSC-10 montiert, sieht die Sache anders aus: Dessen Sensoren messen über den Radumfang und die Zahl der Radumdrehungen exakt die zurückgelegte Strecke, so dass Methode 2 zum Einsatz kommen kann.

Auswertungen und Diagramme

Einer der Hauptgründe, aufzeichnungsfähige Fahrradcomputer wie den Edge einzusetzen, ist sicherlich die von ihnen gebotenene Möglichkeit, neben den Gesamtdaten einer gefahrenen Strecke wie Länge, Zeit und direkt daraus berechenbaren Werten wie der Durchschnittsgeschwindigkeit auch Daten wie Höhe, Steigung und Momentangeschwindigkeit zu bekommen, aus denen dann wiederum Diagramme über die Zeit oder Distanz wie zum Beispiel ein Höhenprofil erstellt werden können. Dies setzt eben voraus, dass das Gerät in kurzen, nicht notwendigerweise regelmäßigen Abständen die momentane Zeit, Position und Höhe aufzeichnet. Der Edge 705 speichert darüber hinaus noch die Entfernung vom Startpunkt, die sich theoretisch auch aus den GPS Koordinaten berechnen ließe. In der .tcx Datei sehen diese Daten dann so aus:

<Trackpoint>
   <Time>2010-05-23T09:25:36Z</Time>
   <Position>
     <LatitudeDegrees>48.439331</LatitudeDegrees>
     <LongitudeDegrees>8.674581</LongitudeDegrees>
   </Position>
   <AltitudeMeters>437.207</AltitudeMeters>
   <DistanceMeters>1764.645</DistanceMeters>
 </Trackpoint>
 <Trackpoint>
   <Time>2010-05-23T09:25:42Z</Time>
   <Position>
     <LatitudeDegrees>48.438944</LatitudeDegrees>
     <LongitudeDegrees>8.674294</LongitudeDegrees>
   </Position>
   <AltitudeMeters>436.469</AltitudeMeters>
   <DistanceMeters>1813.639</DistanceMeters>
 </Trackpoint>

Aus diesen einzelnen Messpunkten können nun Diagramme erstellt werden, indem etwa die Höhenwerte über den Zeit- oder Distanzwerten aufgetragen und benachbarte Punkte mit einer Linie verbunden werden. Andere Werte wie die Momentangeschwindigkeit oder  die Steigung müssen zuvor aus den gemessenen Werten berechnet werden. Das gilt auch für den Gesamtaufstieg, der sich als Summe aller Höhendifferenzen benachbarter Punkte ergibt, bei denen diese Höhendifferenz größer als Null ist.  All diese Rechnungen und natürlich auch deren Visualisierung in Form von Diagrammen können  von entsprechender Software durchgeführt werden, die das .tcx Format lesen und auswerten kann, wie zum Beispiel das mitgelieferte Garmin TrainingCenter. Jedes solche Programm sieht sich aber mit einem prinzipiellen Problem konfrontiert, nämlich der Messgenauigkeit: Sowohl die GPS Positionsbestimmung als auch die Höhenbestimmung (per GPS und barometrischer Höhenmessung) sind nicht 100% genau und überdies Schwankungen unterworfen. So können Luftdruckschwankungen etwa die Höhenberechnung beeinträchtigen und ein dichtes Blätterdach die Genauigkeit der Positionsermittlung deutlich verschlechtern. Dies kann dazu führen, dass z.B. die berechnete Momentangeschwindigkeit plötzlich auf absurde Werte schnellt, oder das Höhenprofil trotz gleichmäßig steigender Strecke einen Zickzackverlauf aufweist wie in folgendem Beispiel (rote Linie):

Ausschnitt aus einem Höhenprofil

Würde man wie oben angegeben den Gesamtaufstieg aus diesen Daten berechnen, käme ein zu großer Wert heraus.

Auswerteprogramme müssen also diese Rohdaten also in irgendeiner Weise “bearbeiten” (glätten), um zu realistischen Ergebnissen zu kommen. Dabei wenden sie anscheinend unterschiedliche Strategien an und kommen auch zu unterschiedlichen Resultaten, wie das folgende Experiment zeigt. Ich habe dazu die aufgezeichnete .tcx Datei einer von mir gefahrenen Strecke von mehreren Programmen analysieren lassen, darunter einem selbst geschriebenen, hier die Ergebnisse:

[table "1" not found /]

Anmerkungen

  • TourExplorer erlaubt über einen Schieberegler, den Grad der Glättung zu verändern, für das Beispiel wurde die Defaulteinstellung gewählt.
  • TourExplorer und BikeRouteToaster verfügen über eigene Höhendaten. Damit kann man Aufstieg, Maximalhöhe und Profil unabhängig von den aufgezeichneten Werten berechnen lassen.
  • Bei zu starker Glättung werden die “Spitzen” (Höhe, Geschwindigkeit) zu sehr abgeschliffen. Das scheint bei SportTracks der Fall zu sein.
  • Der Aufstiegswert von BikeRouteToaster (2228 m ) liegt noch über dem Wert, der sich aus den Rohdaten errechnet (2172 m).
  • Zumindest der Wert für die Maximalhöhe aus den eigenen Daten von TourExplorer scheint zu stimmen: Der höchste Punkt der Strecke liegt offiziell bei 973 m, die Strasse verläuft etwas unterhalb davon.
  • Die vom Gerät selbst angegebene und auch im .tcx File gespeicherte Maximalgeschwindigkeit betrug 61,7 km/h.